金属薄壁管在冲击载荷下动态摩擦特性的研究

发布时间：2020-08-24 11:46

【摘要】：在实际生产中,成形件的质量受多方面因素的影响,其中摩擦在管材液压成形中起着至关重要的作用,对金属薄壁管的成形性能有着不良影响。冲击液压成形技术是建立在管材液压成形技术基础上改进的一种新型成形技术,它是通过结合普通冲压和液压成形,将薄壁管或薄壁板成形为不同形状零件的先进制造技术。在冲击液压成形过程中,管材受到短时间的冲击液压载荷而发生快速胀形,摩擦系数可能随着管材高速塑性变形而呈现动态变化趋势,此时管材导向区的摩擦特性可能表现得更加复杂。因此,探究冲击液压环境下管材导向区的摩擦特性,进一步揭示不同冲击载荷等参数对摩擦系数的影响规律,具有重要的研究意义。本文采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的研究方法,基于塑性力学、液压成形、先进传感技术和在线检测等技术,开展金属薄壁管在冲击载荷下动态摩擦特性的研究。其主要研究内容为四个方面:(1)对比高速作用下金属塑性变形时摩擦系数的测量方法及原理,为后续的研究奠定基础;(2)利用本课题组所开发的摩擦系数测量装置对SUS304不锈钢管材和TP2紫铜管材进行了冲击液压成形试验,研究了两种管材在冲击加载下管材导向区摩擦系数的变化情况;(3)通过管材冲击液压成形试验,获得了两种管材导向区摩擦系数变化曲线,揭示了冲击速度等参数对摩擦系数的影响规律,并比较了TP2紫铜管材在普通液压和冲击液压环境下摩擦系数的异同与联系;(4)通过ABAQUS有限元分析软件进行了与试验条件相同的有限元模拟,通过对比仿真结果和试验结果,验证了有限元模型的精度。研究结果表明:(1)无论哪种管材,其导向区的摩擦系数在成形过程中一直发生动态变化,均呈现下降的趋势。(2)针对SUS304不锈钢管材,同一长度管材,随着冲击速度的增大,摩擦系数在前面部分下降速度越快,后面部分摩擦系数的下降速度降低;同一冲击速度下,随着管材长度的增加,胀形时间的前面部分摩擦系数的下降速度更快,而成形时间的后面部分,摩擦系数的变化速度变小,基本上不发生变化。(3)针对TP2紫铜管材,随着冲击速度的增大,在成形时间的前面部分摩擦系数的下降速度变大,后面部分的下降速度变小,最终基本保持不变;随着冲击速度的增大,液体压力的曲线变化趋势更陡峭,即液体压力曲线的增加速度变大,成形所需的最大液体压力值也越大。(4)普通液压环境下摩擦系数的下降幅度较小,摩擦系数的变化曲线较为平缓;冲击液压环境下摩擦系数下降幅度较大,即摩擦系数的下降速度较快。(5)通过对比有限元仿真和试验结果发现,所构建的有限元模型的精度满足要求。
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG115.58
【图文】：

示意图,工作原理,管材,示意图

管材在两者的共同作用下，产生塑性变形的一种成形技术。该技术通常又被称之为内高压成形技术（Internal high pressure forming）、液体膨胀技术（Liquid bulge forming）和管材膨胀成形（Bulge forming of tube）等[2, 3]。THF技术的工作原理，如图1.1所示。将长度适宜、去除毛刺的管材放入下模具型腔的合适位置，完成管材定位，如图1.1(a)所示；闭合上下模具并锁紧，使管材在模具内部压紧并完成密封，同时向管材内部注入高压液体，如图1.1(b)所示；管材在内部高压液体和两端轴向载荷的共同作用下胀大成形，如图1.1(c)所示；待管材完全胀起后，停止供液，打开上下模，取出成形后的管件，成形结束，如图1.1(d)所示。上模上模堵头堵头（半剖）闭合模具管坯（半剖）（a）管坯定位（b）密封充液下模

胀形,管材液压成形,轴压,工艺

2（2）轴压胀形：指的是管材在液体压力和管端受到轴向载荷的共同作用下，使管材成形的过程，如图1.2(b)所示。（3）复合胀形：指的是管材除了受到液体压力和管端轴向力外，还受径向载荷的作用而成形的过程，成形过程较为复杂，如图1.2(c)所示。图 1.2 三种典型的管材液压成形工艺由于各种复杂的中空截面构件，采用THF技术可以一次性成形，与传统的机加工和焊接等技术相比，THF技术具有下述优势[6, 7]：（1）零件的重量得到减轻，节省了材料。（2）模具的数量减少，避免了资源的浪费。（3）零件的强度和刚度得到了更好的改善。（4）零件的成本降低，工艺简单化。（5）零件的种类多样化。随着社会的高速发展

技术,冰箱冷凝器,自行车车架

（c）凸轮轴图 1.3 THF 技术在同时，THF 技术还在其他领域内得日常生活等领域，包括空调和冰箱冷凝器生活中的水龙头接头和自行车的车架等，生产技术具有工序繁琐、生产效率低和成零部件，已经成为一种新的发展态势。（a）自行车车架图 1.4 THF 技术在§1.2 冲击液压

【参考文献】